(57)【要約】【課題】高い光取り出し効率を有し、発光特性に優れるとともに、生産性に優れた窒化物系半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプを提供する。【解決手段】基板１１と、少なくともｎ型半導体層１２、発光層１３、及びｐ型半導体層１４が基板１１上に順次積層されてなる積層半導体１０とを具備してなる窒化物系半導体発光素子であって、積層半導体１０の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされており、基板１１として、積層半導体１０よりも高いビッカース硬度を有する基板が用いられた構成としている。【選択図】図１
2007299934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、少なくともｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層が前記基板上に順次積層されてなる積層半導体とを具備してなる窒化物系半導体発光素子であって、
前記積層半導体の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされており、
前記基板として、前記積層半導体よりも高いビッカース硬度を有する基板を用いたことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記積層半導体は、ビッカース硬度が、前記基板に対して９０％以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記基板がサファイアからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記積層半導体がＧａＮ系半導体からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
窒化物系半導体からなる半導体層を基板上に積層する窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に、少なくともｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を順次積層して半導体層を形成した後、該半導体層側をブラスト加工することにより、前記半導体層を、前記ブラスト加工によって形成される傾斜面からなる側面を有する積層半導体とし、
前記基板として、前記半導体層よりも高いビッカース硬度を有する基板を用いることを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記半導体層のビッカース硬度が、前記基板のビッカース硬度の９０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記ブラスト加工を、前記基板よりもビッカース硬度が低いブラスト粒子を用いて行なうことを特徴とする請求項５又は６に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記ブラスト加工を、平均粒径が５〜５０μｍの範囲のブラスト粒子を用いて行なうことを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記ブラスト粒子は、アルミナ又はシリコンを主成分としてなるものであることを特徴とする請求項７又は８に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記ブラスト加工は、前記半導体層側にレジストでパターニングを施して行うことを特徴とする請求項５〜９の何れか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記基板がサファイアからなることを特徴とする請求項５〜１０の何れか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体層がＧａＮ系半導体からなることを特徴とする請求項５〜１１の何れか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項５〜１２の何れか１項に記載の製造方法によって得られる窒化物系半導体発光素子。
【請求項１４】
請求項１〜４及び請求項１３の何れか１項に記載の窒化物系半導体発光素子を備えたことを特徴とするランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長発光素子用の半導体材料として、窒化物系半導体であるＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめ、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、この基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
【０００３】
ＧａＮ系化合物半導体材料の特性として、横方向への電流拡散が小さいことが挙げられる。このため、電極の直下の半導体にしか電流が注入されず、発光層で発光した光は電極に遮られて外部に取り出されない。そこで、このような半導体発光素子では、通常、透光性正極が用いられ、透光性正極を通して光が取り出されるようになっている。
【０００４】
従来から用いられている透光性正極は、ＮｉやＣｏの酸化物と、コンタクト金属としてＡｕ等を組み合わせた層構造とされていた。また、近年では、ＩＴＯ等より導電性の高い酸化物を使用することにより、コンタクト金属の膜厚を極力薄くして透光性を高めた層構造とされた透光性正極が用いられるようになり、発光層からの光が効率良く外部に取り出される構成とされている。
【０００５】
ところで、発光素子の外部量子効率は、光取出し効率と内部量子効率を掛け合わせたものとして表される。内部量子効率とは、発光素子に注入した電流のエネルギーの内、光に変換されるエネルギーの割合である。また、光取り出し効率とは、半導体結晶内部で発生した光の内、外部へ取り出すことのできる光の割合である。
【０００６】
発光素子の内部量子効率は、結晶状態の改善や構造の適正化等の検討によって、現在では７０〜８０％程度まで向上していると言われており、注入電流量に対して十分な効果が得られていると言える。
しかしながら、ＧａＮ系化合物半導体のみならず発光ダイオード（ＬＥＤ）においては、一般的に光取り出し効率が押並べて低いため、注入電流のエネルギーに対し、内部発光を充分に外部に取り出しているとは言い難い。
【０００７】
発光ダイオードの発光取り出し効率が低いのは、ＧａＮ系化合物半導体における発光層の屈折率が約２．５と、空気の屈折率が１であるのに対して非常に高く、臨界角が約２５°と小さいため、結晶内で反射及び吸収を繰り返すことにより、光を外部に取り出すことができない事が原因となっている。
【０００８】
ＧａＮ系化合物半導体からなる発光素子の光取り出し効率を向上させるため、側面がブラスト加工によって傾斜面として形成された半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に記載の半導体発光素子は、ブラスト加工の角度制御を行ないながら傾斜面を形成する方法で製造されるため、傾斜面を安定して形成するための角度制御が難しく、生産性が低いという問題がある。
【０００９】
また、半導体発光素子に用いられるサファイア基板の一部に、ブラスト加工によって凹凸が形成された半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献２）。
特許文献２に記載の半導体発光素子は、上記構成により、光取り出し効率の向上に一定の効果が見られる。
【００１０】
しかしながら、ＧａＮ系化合物からなる半導体発光素子の光取り出し効率が低いのは、ＧａＮ系化合物の屈折率が大きいために内部から光を取り出しにくいことが主な原因であるため、特許文献２に記載の半導体発光素子のように、サファイア基板の一部に凹凸が形成された構成では、光取り出し効率を充分に向上させることができなかった。
【特許文献１】特開平１０−３４１０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−５６０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い光取り出し効率を有し、発光特性に優れるとともに、生産性に優れた窒化物系半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意努力検討した結果、基板材料と半導体材料との間にビッカース硬度の差を持たせる点に着目し、半導体材料よりもビッカース硬度が高い基板を用いるとともに、基板よりもビッカース硬度が低いブラスト粒子を用いて、積層半導体側からブラスト加工を行うことにより、発光素子の積層半導体側面に安定した形状の傾斜面を形成することができ、これにより、光取り出し効率が向上することを見出した。
即ち、本発明は以下に関する。
【００１３】
［１］  基板と、少なくともｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層が前記基板上に順次積層されてなる積層半導体とを具備してなる窒化物系半導体発光素子であって、前記積層半導体の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされており、前記基板として、前記積層半導体よりも高いビッカース硬度を有する基板を用いたことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
［２］  前記積層半導体は、ビッカース硬度が、前記基板に対して９０％以下とされていることを特徴とする［１］に記載の窒化物系半導体発光素子。
［３］  前記基板がサファイアからなることを特徴とする［１］又は［２］に記載の窒化物系半導体発光素子。
［４］  前記積層半導体がＧａＮ系半導体からなることを特徴とする［１］〜［３］の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【００１４】
［５］  窒化物系半導体からなる半導体層を基板上に積層する窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、基板上に、少なくともｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を順次積層して半導体層を形成した後、該半導体層側をブラスト加工することにより、前記半導体層を、前記ブラスト加工によって形成される傾斜面からなる側面を有する積層半導体とし、前記基板として、前記半導体層よりも高いビッカース硬度を有する基板を用いることを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
［６］  前記半導体層のビッカース硬度が、前記基板のビッカース硬度の９０％以下であることを特徴とする［５］に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
［７］  前記ブラスト加工を、前記基板よりもビッカース硬度が低いブラスト粒子を用いて行なうことを特徴とする［５］又は［６］に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
［８］  前記ブラスト加工を、平均粒径が５〜５０μｍの範囲のブラスト粒子を用いて行なうことを特徴とする［５］〜［７］の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
［９］  前記ブラスト粒子は、アルミナ又はシリコンを主成分としてなるものであることを特徴とする［７］又は［８］に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
［１０］  前記ブラスト加工は、前記半導体層側にレジストでパターニングを施して行うことを特徴とする［５］〜［９］の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
［１１］  前記基板がサファイアからなることを特徴とする［５］〜［１０］の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
［１２］  前記半導体層がＧａＮ系半導体からなることを特徴とする［５］〜［１１］の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【００１５】
［１３］  上記［５］〜［１２］の何れかに記載の製造方法によって得られる窒化物系半導体発光素子。
［１４］  上記［１］〜［４］及び［１３］の何れか１項に記載の窒化物系半導体発光素子を備えたことを特徴とするランプ。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の窒化物系半導体発光素子によれば、積層半導体の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされているため、光取り出し効率が向上するとともに、生産性が向上する。これにより、発光特性に優れた窒化物系半導体発光素子を安価に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の窒化物系半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプの実施形態について、図１〜６を適宜参照しながら説明する。
但し、本発明は、以下の実施形態の各々に限定されるものではなく、例えば、これら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
【００１８】
［第１の実施形態：フリップチップタイプ］
以下、本発明に係る窒化物系半導体発光素子（以下、半導体発光素子と略称することがある）及び製造方法について、フリップチップタイプの半導体発光素子を例に詳述する。
【００１９】
「窒化物系半導体発光素子」
本実施形態のフリップチップタイプの半導体発光素子１は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板１１と、少なくともｎ型半導体層１２、発光層１３、及びｐ型半導体層１４が基板１１上に順次積層されてなる積層半導体１０とを具備してなり、積層半導体１０の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされており、基板１１として、積層半導体１０よりも高いビッカース硬度を有する基板を用いて、概略構成されている。さらに、本例の半導体発光素子１は、積層半導体１０表面にオーミックコンタクト層１５、反射層１６が積層されており、反射層１６表面には正極１７が設けられている。また、上記各層の一部が除去されることによって露出したｎ型半導体層１２の露出面には、負極１８が設けられている。
本実施形態のようなフリップチップタイプの半導体発光素子１では、正極１７及び負極１８の両電極が積層半導体１０側の面に配置され、各々が配された位置が、図１（ｂ）の断面図に示すように段差がある関係とされている。
【００２０】
＜基板＞
基板１１に用いられる基板材料としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶等の酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶及びＺｒＢ２等のホウ化物単結晶等の材料が周知である。本発明においても、これら周知の基板材料を含めて、如何なる基板材料を何ら制限なく用いることができる。これらの中でも、サファイア単結晶（ビッカース硬度Ｈｖ：２３００）、及びＳｉＣ単結晶（ビッカース硬度Ｈｖ：２４００）を用いることが、ビッカース硬度が高い点で特に好ましい。
本例の基板１１は、上述したように、後述の積層半導体１０よりも高いビッカース硬度を有してなるものである。
【００２１】
＜積層半導体＞
積層半導体１０は、ＧａＮ系半導体からなるｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４によって構成され、通常、ＧａＮからなる図示略のバッファ層を介して上記基板１１上に積層される。また、使用する基板やエピタキシャル層の成長条件によっては、バッファ層が不要な場合がある。
また、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、本例の積層半導体１０は、側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされている。
【００２２】
積層半導体１０としては、ＧａＮ系単結晶、ＧａＰ系単結晶、ＧａＡｓ系単結晶、ＺｎＯ系単結晶等、従来周知の半導体発光素子材料を用いることができるが、基板１１に用いられるサファイア単結晶又はＳｉＣ単結晶上に、エピタキシャル成長させることが可能な窒化物系化合物であるＧａＮ系単結晶や、ＺｎＯ系単結晶等を用いることがより好ましい。この中で、ＧａＮ系単結晶を用いることがより好ましい。
【００２３】
ＧａＮ系半導体としては、例えば一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされるＧａＮ系半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知のＧａＮ系半導体を含めて一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされるＧａＮ系半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００２４】
ＧａＮ系半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、Ａｓ及びＢなどの元素を含有することもできる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００２５】
ＧａＮ系半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等、ＧａＮ系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性や量産性の観点から、ＭＯＣＶＤ法が挙げられる。
【００２６】
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。
ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
【００２７】
（ｎ型半導体層）
ｎ型半導体層１２は、図示を省略するが、通常、下地層、ｎコンタクト層およびｎクラッド層から構成される。ｎコンタクト層は下地層および／またはｎクラッド層を兼ねることができる。
下地層はＡｌＸＧａ１―ＸＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。下地層の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。膜厚を１μｍ以上とすることにより、結晶性の良好なＡｌＸＧａ１―ＸＮ層が得られやすくなる。
【００２８】
下地層には、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲内であればドープしても良いが、アンドープ（＜１×１０１７／ｃｍ３）の方が、良好な結晶性を維持する点から好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。
【００２９】
下地層を成長させる際の成長温度は、８００〜１２００℃が好ましく、１０００〜１２００℃の範囲に調整することがより好ましい。この温度範囲内で成長させれば、結晶性の高い下地層が得られる。また、ＭＯＣＶＤ成長炉内の圧力は１５〜４０ｋＰａに調整することが好ましい。
【００３０】
ｎコンタクト層としては、前記下地層と同様にＡｌＸＧａ１―ＸＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。また、ｎコンタクト層には、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。成長温度は前記下地層と同様である。
【００３１】
ｎコンタクト層を構成するＧａＮ系化合物半導体は、下地層と同一組成であることが好ましく、また、ｎコンタクト層と下地層の合計の膜厚は１〜２０μｍが好ましく、より好ましくは２〜１５μｍの範囲であり、３〜１２μｍの範囲に設定することが最も好ましい。ｎコンタクト層と下地層との合計の膜厚がこの範囲であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００３２】
ｎコンタクト層と発光層１３との間には、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎクラッド層を設けることにより、ｎコンタクト層の最表面に生じた、平坦性の悪化した箇所を埋めることできる。ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ＧａＩｎＮとする場合には、発光層のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
【００３３】
ｎクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍの範囲であり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍの範囲である。
また、ｎクラッド層のｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３の範囲が好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持、及び発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００３４】
（発光層）
ｎ型半導体層１２上に積層される発光層１３としては、ＧａＮ系半導体、好ましくはＧａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）のＧａＮ系半導体からなる発光層が通常用いられる。
発光層１４の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚が好ましく、例えば１〜１０ｎｍの範囲が好ましく、より好ましくは２〜６ｎｍの範囲である。膜厚が上記範囲であると、発光出力を向上させる点で好ましい。
また、発光層は、上記のような単一量子井戸（ＳＱＷ）構造の他、上記Ｇａ１−ｓＩｎｓＮを井戸層として、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ２ＢＮ（０≦ｃ＜０．３かつｂ＞ｃ）障壁層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としてもよい。また、井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよい。
【００３５】
ＡｌｃＧａ２ＢＮ障璧層の成長温度は７００℃以上が好ましく、８００〜１１００℃の温度で成長させると結晶性が良好になるため、より好ましい。また、ＧａＩｎＮ井戸層は６００〜９００℃、好ましくは７００〜９００℃の温度で成長させる。すなわちＭＱＷの結晶性を良好にするためには、層間で成長温度を変化させることが好ましい。
【００３６】
（ｐ型半導体層）
ｐ型半導体層１４は、図示を省略するが、通常、ｐクラッド層およびｐコンタクト層から構成される。また、ｐコンタクト層がｐクラッド層を兼ねる構成としてもよい。
ｐクラッド層としては、発光層１３のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１３へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）のものが挙げられる。ｐクラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１３へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
ｐクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層のｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１ｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
【００３７】
ｐコンタクト層としては、少なくともＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含んでなるＧａＮ系半導体層が用いられる。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。
また、ｐ型ドーパントを１×１０１８〜１×１０２１ｍ３の範囲の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましく、より好ましくは５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲である。
ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。膜厚がこの範囲であると、発光出力を向上させる点で好ましい。
【００３８】
（積層半導体側面にブラスト加工により形成された傾斜面）
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、積層半導体１０の側面が傾斜面として形成されている。
本例の積層半導体１０の側面に形成された傾斜面は、詳細を後述するブラスト加工によって形成された傾斜面であり、図示例では、積層半導体１０が、基板１１側からオーミックコンタクト層１５側へ向かうに従って縮寸するように形成されている。
【００３９】
なお、積層半導体１０に、ブラスト加工によって形成される傾斜面は、全体として傾斜した形状であればどのような形状でも構わない。例えば、テーパ形状でもよく、また、単斜面形状としても良い。また、傾斜角度が２０〜７０度の範囲であることが、光取り出し効率がより向上するので好ましい。
【００４０】
また、本実施形態の半導体素子１では、積層半導体１０のビッカース硬度（Ｈｖ）を、基板１１のビッカース硬度に対して９０％以下とすることが好ましい。
積層半導体１０及び基板１１のビッカース硬度（Ｈｖ）を上述のような関係とすることにより、詳細を後述するブラスト加工の処理において、側面が安定した形状の傾斜面とされた積層半導体１０を形成することができる。
【００４１】
＜オーミックコンタクト層＞
積層半導体１０上には、オーミックコンタクト層１５を積層して設けることができる。
オーミックコンタクト層１５に要求される性能としては、ｐ型半導体層１４との接触抵抗が小さいことが必須として挙げられる。
また、オーミックコンタクト層１５の材料としては、ｐ型半導体層１４との接触抵抗の観点から、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ等の白金族、又はＡｇを用いることが好ましい。さらに好ましくは、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ及びＲｕであり、Ｐｔが特に好ましい。
オーミックコンタクト層１５にＡｇを用いることは、良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はＰｔよりも大きい。従って、接触抵抗がそれほど要求されない用途にはＡｇを用いることも可能である。
【００４２】
オーミックコンタクト層１５の厚さは、低接触抵抗を安定して得るため、０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、この厚さであれば均一な接触抵抗が得られる。
【００４３】
＜反射層＞
オーミックコンタクト層１５上には、Ａｇ合金、Ａｌ合金等からなる反射層１６を設けることができる。
オーミックコンタクト層１５に用いられるＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯＳ、Ｐｄ等は、Ａｇ合金と比較すると、可視光から紫外領域の反射率が低い。このため、発光層１３からの光が十分に反射せず、発光出力の高い素子を得ることが困難となる。
このような場合には、オーミックコンタクト層１５を、光が充分に透過するように薄く形成するとともに、オーミックコンタクト層１５上にＡｇ合金等からなる反射層１６を形成して反射光を得ることにより、良好なオーミック接触が得られ、且つ、発光出力の高い半導体発光素子を得ることができる。この場合の上記オーミックコンタクト層１５の膜厚は、３０ｎｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以下である。
【００４４】
反射層１６の膜厚は、良好な反射率を得るためには０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、反射層１６をこのような厚さとすることにより、均一な密着性が得られる。また、反射層１６にＡｇ合金を用いた場合、Ａｇ合金はマイグレーションを起こしやすいので、これを防止するため、２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４５】
反射層１６の成膜方法については、特に制限されず、従来公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法は、スパッタ粒子が高エネルギーで基板表面に衝突し、成膜されるので、密着力の高い膜を得ることができる。従って、スパッタ法を用いることが好ましい。
【００４６】
＜正極及び負極＞
正極１７は、図１に示す例のように、反射層１６上に設けられる。
正極１７としては、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等の材料を用いた各種構造が公知であり、これら公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
【００４７】
負極１８は、図１に示すように、エッチング法などによって半導体発光素子を構成する各層の一部を除去し、ｎ型半導体層１２のｎコンタクト層（図示略）を露出させ、この上に形成される。
負極１８としては、各種組成及び構造の負極が公知であり、これら公知の構成の負極を何ら制限なく用いることができ、また、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の半導体発光素子１によれば、積層半導体１０の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされており、且つ、基板１１が積層半導体１０よりも高いビッカース硬度とされているので、積層半導体１０の側面は安定した形状の傾斜面となる。これにより、半導体発光素子の光取り出し効率が向上するとともに、生産性が向上する。
従って、発光特性に優れる窒化物系半導体発光素子が安価に得られる。
【００４９】
「窒化物系半導体発光素子の製造方法」
本実施形態の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板１１上に、少なくともｎ型半導体層１２、発光層１３、及びｐ型半導体層１４を順次積層して半導体層を形成した後、該半導体層側をブラスト加工することにより、前記半導体層を、前記ブラスト加工によって形成される傾斜面からなる側面を有する積層半導体１０とし、基板１１として、前記半導体層よりも高いビッカース硬度を有する基板を用いる方法として概略構成されている。
【００５０】
＜ブラスト加工による積層半導体側面の傾斜面の形成＞
以下、本実施形態の製造方法において、半導体層をブラスト加工して傾斜面を形成し、該傾斜面からなる側面を有する積層半導体とする方法について詳述する。
本実施形態では、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板１１上に積層された半導体層１０Ａ上に、レジストフィルム５１でパターニングを施し（図３（ａ）、（ｂ））、ブラスト粒子５０を用いて半導体層１０Ａをブラスト加工することにより、側面が傾斜面として形成された積層半導体１０とする（図３（ｃ））。
【００５１】
まず、図３（ａ）に示すように、基板１１上に積層された半導体層１０Ａ表面全体に、レジストフィルム５１を貼り付ける。
次いで、図３（ｂ）に示すように、レジストフィルム５１を露光現像することによって、半導体層１０Ａ上において加工を施す位置からレジストフィルム５１を除去する。
【００５２】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ブラスト粒子５１を用いて、半導体層１０上の、レジストフィルム５１を除去した位置をブラスト加工する。
この際、基板１１よりもビッカース硬度が低いブラスト粒子を用いることにより、基板１１側にブラスト粒子５１による加工が生じることはほとんど無い。また、ブラスト粒子は、一般的に球形状又は針状であるので、図３（ｃ）に示すように、ブラスト加工時は、レジストフィルム５１及び基板１１にその動きが規制されることにより、半導体層１０Ａの基板１１側の面に、ブラスト加工されない領域が発生する。図示例では、ブラスト粒子が球形状又は針状であるので、上述したような半導体層１０Ａのブラスト加工されない領域は、基板１１側の面に向かうほど大きくなる（図３（ｃ）の左右方向）。
このようなブラスト加工を行うことにより、図１に示すように、側面が安定した形状の傾斜面とされた積層半導体１０を形成することができる。
【００５３】
一方、従来の窒化物系半導体発光素子の製造方法のように、ブラスト粒子の硬度が基板よりも大きい場合や、ブラスト粒子の硬度が基板よりも低いものの、ブラスト粒子の半導体層及び基板への衝突速度が極端に大きい場合、また、長時間に渡ってブラスト加工を行った場合には、基板側への加工が進行してしまうことがある。
このような従来の製造方法の場合、図４（ａ）に示すように、基板１０１上に積層された半導体層１０２の加工領域側面の角度が、徐々に基板１０１上面に対して直角となる方向に近づいてゆき、最終的に、図４（ｂ）に示すように、基板１０１上面に対して直角となり、傾斜面が消滅した形状となる。
【００５４】
図４に示す従来の製造方法のように、基板にまでブラスト加工を施してしまうことは、半導体層をブラスト加工して、側面が傾斜面とされた積層半導体を形成するにあたり、好ましくない。
しかしながら、ブラスト加工によって基板が全く加工されないことのみが求められるのではなく、例えば、積層半導体の側面を傾斜面として形成できるような僅かな程度の加工代であれば、基板がブラスト加工されても構わない。
また、基板よりもビッカース硬度が低いブラスト粒子を用いた場合であっても、半導体層側に比べれば極めて遅いものの、基板側も一定の加工レートを有するので、通常、ある程度の加工が生じる。
【００５５】
図５に、サファイアからなる基板Ａ上にＧａＮ系半導体からなる半導体層Ｂが積層された半導体発光素子に対し、ブラスト加工を施した際の半導体側面のＳＥＭ像を示す。
図５に示すように、基板Ａ側も１μｍ程度加工されているものの、半導体層Ｂ側面に傾斜角が約４５度の傾斜面が形成されていることがわかる。
【００５６】
なお、本発明に係る製造方法では、ブラスト粒子のビッカース硬度が基板よりも低い構成とされているため、基板へのブラスト粒子による加工がほとんど無く、且つ、ブラスト粒子の動きを規制することにより、側面が傾斜面とされた積層半導体を形成する方法であるが、ブラスト粒子のビッカース硬度が基板よりも高い構成とした場合であっても、側面が傾斜面とされた積層半導体を形成することは可能である。
しかしながら、ブラスト粒子のビッカース硬度が基板よりも高い場合、基板側をほとんど加工せずに、側面が傾斜面とされた積層半導体を形成するためには、ブラスト粒子の突出圧や加工時間等をより厳密に制御しなければならず、製造装置が複雑になるとともに、工程管理が難しくなる虞がある。
上述のような観点からも、ブラスト粒子のビッカース硬度は、基板よりも低いことが好ましい。
【００５７】
図３に示す半導体層１０Ａのビッカース強度は、基板１１のビッカース硬度の９０％以下であることが好ましい。この数値が９０％を超えると、基板１１と半導体層１０Ａのビッカース硬度の差がほとんどなくなるので、半導体層１０Ａのブラスト加工条件によっては、基板１１も加工されてしまう可能性が高くなってしまう。また、下限は特に限定されないが、レジストフィルム５１の貼付けや露光現像等によって半導体層１０Ａにダメージが加わらないようにするため、半導体層１０Ａのビッカース強度は１０％以上であることが好ましい。
【００５８】
なお、ビッカース硬度は、測定方法によって測定数値に差が生じることがあるので、ビッカース硬度の比較は同じ装置を用いて実施することが好ましい。また、半導体層１０Ａは薄膜（１〜２０μｍ程度）であるので、薄膜用のビッカース硬度測定装置を用いることがより好ましい。
【００５９】
レジストフィルム５１は、ブラスト加工に対する加工耐性のあるものであれば、どのようなものを用いても構わないが、ブラスト加工用のレジストフィルムを用いることが好ましい。市販されているレジストフィルムとしては、東京応化工業製オーディルＢＦシリーズや、旭化成エレクトロニクス製サンフォート等が挙げられ、適宜選択して用いることができる。
また、レジストフィルム５１の露光は、通常のフォトリソグラフィーと同様に、露光機を用いて実施することができる。
また、レジストフィルム５１の現像は、炭酸ナトリウム水溶液をシャワー状に吹き付ける等の方法によって実施することができる。
半導体層１０Ａ側にレジストフィルム５１が貼り付けられ、露光現像したものに、半導体層１０Ａ側からブラスト処理を施すことにより、側面が傾斜面とされた積層半導体１０を形成することができる。この際、レジストフィルム５１が残存している部分は加工されず、レジストフィルム５１が除去された所定の位置にのみブラスト加工が施される。
【００６０】
ブラスト加工に用いるブラスト粒子５０は、如何なる形をしていても構わないが、球状または針状であることが、半導体層をブラスト加工した際、安定した形状の傾斜面を有する積層半導体を形成することができるので好ましい。また、球状であることがより好ましい。
ブラスト粒子５１の粒径としては、加工幅や、加工対象の半導体層１０Ａの厚さによって変化するが、加工幅が３０〜１００μｍ、半導体層１０Ａの厚さが３〜１５μｍの範囲である場合、ブラスト粒子５１の平均粒径は５〜５０μｍの範囲であることが好ましい。この範囲であれば、側面が安定した形状の傾斜面とされた積層半導体１０を形成することができる。
【００６１】
サファイア単結晶、又はＳｉＣ単結晶からなる基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮ系単結晶からなる半導体層をブラスト加工する場合には、アルミナ又はシリコンを主成分としてなるブラスト粒子を用いることが好ましい。
アルミナやシリコンは、サファイア単結晶、ＳｉＣ単結晶に比べてビッカース硬度が低く、且つ、ＧａＮ系単結晶とはビッカース硬度が同等程度であるため、アルミナ又はシリコンを主成分としてなるブラスト粒子を用いてブラスト加工を行うことが、安定した形状の傾斜面を有する積層半導体１０を、効率良く形成できる点から好ましい。
【００６２】
サファイアからなる基板や、サファイア上に積層された半導体層のビッカース硬度は、薄膜用のビッカース硬度測定装置で測定することができるが、薄膜用の測定装置でブラスト粒子のビッカース硬度を測定することは困難である。このため、ブラスト粒子のビッカース硬度としては、材料のバルク状態のビッカース硬度を代用することになるが、この測定値と薄膜用のビッカース硬度測定装置による測定値とを、正確に比較することは困難である。
従って、現実的には、一定条件でブラスト加工を行い、半導体層に対する加工レートが基板に対する加工レートよりも大きければ良い。この際、半導体層に対する加工レートが基板に対する加工レートの３倍以上であれば好ましく、さらに、１０倍以上であればより好ましい。
【００６３】
また、半導体層１０Ａをブラスト加工する工程は、半導体層１０Ａ（ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層）を積層した後、次いでブラスト加工を行う方法としても良いし、あるいは正極及び負極を形成した後に行なっても良い。また、その他の途中工程においてブラスト加工を行っても良い。
【００６４】
半導体層１０Ａをブラスト加工することで形成される積層半導体１０側面の傾斜面は、上述したように、全体として傾斜した形状であればどのような形状でも構わない。例えば、テーパ形状でもよく、また、単斜面形状としても良い。また、傾斜角度が２０〜７０度の範囲であることが、光取り出し効率がより向上するので好ましい。
【００６５】
＜正極及び負極の形成＞
そして、図１に示す半導体発光素子のように、積層半導体１０上に、オーミックコンタクト層１５、反射層１６をこの順で積層した後、該反射層１６上に正極１７を形成する。
また、図１に示すように、エッチング法などによって半導体発光素子を構成する各層の一部を除去し、ｎ型半導体層１２のｎコンタクト層（図示略）を露出させ、この上に負極１８を形成する。
正極１７及び負極１８としては、各種組成及び構造の電極が公知であり、これら公知の構成の電極を何ら制限なく用いることができ、また、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００６６】
＜素子の分割＞
上述のようにして製造される半導体発光素子は、素子毎に分割することにより、最終的に、図１に示すような半導体発光素子１として得ることができる。素子の分割方法としては、レーザスクライブ法やダイシング法等、公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態の半導体発光素子の製造方法によれば、半導体層１０Ａをブラスト加工することにより、側面が傾斜面とされた積層半導体層１０を形成し、且つ、基板１１として、半導体層１０Ａよりも高いビッカース硬度を有する基板と用いた構成としている。
これにより、側面が安定した形状の傾斜面とされた積層半導体層１０を形成することが可能となり、生産性が向上するとともに、光取り出し効率が向上した半導体発光素子を製造することができる。
従って、発光特性に優れた窒化物系半導体発光素子を安価に得ることができる。
【００６８】
［第２の実施形態：フェイスアップタイプ］
以下、本発明に係る窒化物系半導体発光素子の第２の実施形態として、フェイスアップタイプの半導体発光素子について、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照しながら詳述する。
なお、本実施形態において、第１の実施形態と共通の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
「窒化物系半導体発光素子」
本実施形態のフェイスアップタイプの半導体発光素子２は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板２１と、少なくともｎ型半導体層２２、発光層２３、及びｐ型半導体層２４が基板２１上に順次積層されてなる積層半導体２０とを具備してなり、積層半導体２０の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされており、基板２１として、積層半導体２０よりも高いビッカース硬度を有する基板が用いられ、概略構成されている。さらに、本例の半導体発光素子２は、積層半導体２０上に透光性正極２５が積層され、該透光性正極２５上にはボンディングパッドである正極２６が設けられている。また、上記各層の一部が除去されることによって露出したｎ型半導体層２２上には、負極２７が設けられている。
本例のようなフェイスアップタイプの半導体発光素子２では、正極２６及び負極２７の両電極が積層半導体側の面に配置され、各々が配された位置が、図２（ｂ）の断面図に示すように段差がある関係とされている。
【００７０】
＜基板＞
基板２１としては、第１の実施形態におけるリップチップタイプの半導体発光素子１と同様の基板材料を何ら制限無く用いることができ、また、半導体発光素子１と同様に、サファイア単結晶（ビッカース硬度Ｈｖ：２３００）、及びＳｉＣ単結晶（ビッカース硬度Ｈｖ：２４００）を用いることが、ビッカース硬度が高い点で特に好ましい。
本例の基板２１は、上述したように、後述の積層半導体２０よりも高いビッカース硬度を有してなるものである。
【００７１】
＜積層半導体＞
本例の積層半導体２０としては、第１の実施形態の半導体発光素子１と同様、ＧａＮ系単結晶等の半導体を何ら制限無く用いることにより、ｎ型半導体層２２、発光層２３、及びｐ型半導体層２４が順次積層された構成とすることができる。
【００７２】
本例の積層半導体２０は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１の実施形態で説明した半導体発光素子１の積層半導体１０と同様、側面が傾斜面とされている。
本例の積層半導体２０側面の傾斜面は、ブラスト加工によって形成された傾斜面であり、図示例では、積層半導体２０が、基板２１側からオーミックコンタクト層２５側へ向かうに従って縮寸するように形成されている。
【００７３】
積層半導体２０側面にブラスト加工によって形成される傾斜面は、第１の実施形態の半導体発光素子１と同様、傾斜面の形状であればどのような形状でも構わないが、傾斜角度が２０〜７０度の範囲であることが、光取り出し効率がより向上するので好ましい。
【００７４】
＜透光性正極＞
透光性正極２５は、少なくとも上記積層半導体２０のｐ型半導体層２４と接するように積層して設けられ、透光性導電酸化膜層からなる。
透光性正極２５の材質としては、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺｎＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺｎＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−ＧｅＯ２）の内、少なくとも一種以上を含有した材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。また、その構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００７５】
透光性正極２５は、ｐ型半導体層２４上のほぼ全面を覆うように形成しても構わないし、隙間を開けて格子状や樹形状に形成しても良い。また、透光性正極２５を形成した後に、合金化や透明化を目的とした熱アニールを施す場合もあるが、施さなくても構わない。
【００７６】
＜正極及び負極＞
透光性正極２５上の所定の位置には、回路基板又はリードフレーム等との間で電気接続するためのボンディングパッドである正極２６が設けられる。  
正極２６の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等が挙げられ、このような材料を用いてなる各種構造が周知であり、これら周知の材料及び構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極２６の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドとしての特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極２６の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から、正極２６の厚さは５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００７７】
負極２７は、図２に示すように、エッチング法などによって半導体発光素子を構成する各層の一部を除去し、ｎ型半導体層２２のｎコンタクト層（図示略）を露出させ、この上に形成される。
負極２７としては、各種組成及び構造の負極が公知であり、これら公知の構成の負極を何ら制限なく用いることができ、また、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００７８】
「窒化物系半導体発光素子の製造方法」
本実施形態のフェイスアップタイプの窒化物系半導体発光素子２の製造方法では、第１の実施形態におけるフリップチップタイプの半導体発光素子と同様の材質の基板２１及び積層半導体２０を使用し、該積層半導体２０上に透光性正極２５を形成することができる。また、正極２６を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で透光性正極２５上に設けるとともに、エッチング法などによって半導体発光素子を構成する各層の一部を除去し、ｎ型半導体層２２のｎコンタクト層（図示略）を露出させ、この上に負極２６を形成する。
【００７９】
また、積層半導体２０の側面を傾斜面として形成する方法についても、第１の実施形態と同様の方法で行なうことができ、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
本実施形態のフェイスアップタイプの半導体発光素子２によれば、第１の実施形態のフリップチップタイプの半導体発光素子と同様に、積層半導体２０の側面に安定した形状の傾斜面が形成された構成であり、半導体発光素子の光取り出し効率が向上するとともに、生産性が向上する。
従って、発光特性に優れたフェイスアップタイプの窒化物系半導体発光素子が安価に得られる。
【００８１】
［第３の実施形態：上下電極構造］
本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、例えば、図６に示す例のような上下電極構造の半導体素子において、積層半導体３０の側面が傾斜面とされた構成とすることができる。
以下、本実施形態の窒化物系半導体発光素子について詳述するが、本実施形態において、第１及び第２の実施形態と共通の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００８２】
「窒化物系半導体発光素子」
図６に示す本実施形態の半導体発光素子３は、ＳｉＣ単結晶からなる基板３１と、少なくともｎ型半導体層３２、発光層３３、及びｐ型半導体層３４が基板３１上に順次積層されてなる積層半導体３０とを具備してなり、積層半導体３０の側面が、ブラスト加工により形成された傾斜面とされており、基板３１として、積層半導体３０よりも高いビッカース硬度を有する基板を用いて、概略構成されている。さらに、本例の半導体発光素子３は、積層半導体１０表面にオーミックコンタクト層３５、反射層３６が積層されており、反射層３６表面には正極３７が設けられている。また、基板３１上には負極３８が設けられている。
本実施形態のような上下電極構造の半導体発光素子３では、正極３７及び負極３８の両電極がそれぞれ反対側（図６の上下方向）の面に配置された関係とされている。
【００８３】
＜基板＞
図６に示す例のような上下電極構造の半導体素子に用いられる基板としては、材質は特に限定されず、第１及び第２の実施形態と同様の基板材料を何ら制限されること無く用いることができる。図示例の半導体発光素子３では、基板３１上に負極３８が設けられた構造とされているため、導電性材料のＳｉＣ単結晶を基板３１の材料に用いているが、基板材料にＳｉＣ単結晶を用いることは、ビッカース硬度が高い点（ビッカース硬度（Ｈｖ）２４００）からも好ましい。
【００８４】
＜積層半導体＞
基板３１の材質をＳｉＣ単結晶とした場合も、第１及び第２の実施形態と同様、積層半導体３０（ｎ型半導体層３２、発光層３３、ｐ型半導体層３４）の半導体材料としてＧａＮ系単結晶、ＧａＰ系単結晶、ＧａＡｓ系単結晶、ＺｎＯ系単結晶等、周知の半導体発光材料を用いることができるが、ＳｉＣ単結晶上にエピタキシャル成長可能なＧａＮ系単結晶、ＺｎＯ系単結晶を用いることがより好ましい。また、ＧａＮ系単結晶を用いることがより好ましい。
【００８５】
本例の積層半導体３０は、図６に示すように、第１及び第２の実施形態で説明した半導体発光素子の積層半導体と同様、側面が、ブラスト加工によって形成された傾斜面とされており、図示例では、積層半導体３０が、基板３１側からオーミックコンタクト層３５側へ向かうに従って縮寸するように形成されている。
【００８６】
積層半導体３０側面にブラスト加工によって形成される傾斜面は、第１及び第２の実施形態の半導体発光素子と同様、傾斜面の形状であればどのような形状でも構わず、傾斜角度が２０〜７０度の範囲であることが、光取り出し効率がより向上するので好ましい。
【００８７】
＜正極及び負極＞
本実施形態の半導体発光素子３では、積層半導体３０表面にオーミックコンタクト層３５及び反射層３６が積層され、該反射層３６表面に正極３７が形成されている。
正極３７としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等の材料を用いた各種構造が公知であり、これら公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
【００８８】
また、半導体発光素子３では、ＳｉＣ単結晶からなる基板３１上に積層して、負極３８が形成されている。
負極３８としては、各種組成及び構造の負極が公知であり、これら公知の負極を何ら制限なく用いることが出来る。
【００８９】
本実施形態で説明する上下電極構造の半導体発光素子３では、正極３７及び負極３８が上述のような配置で構成されていることにより、両電極が、基板３１及び積層半導体３０を介して、それぞれ反対側の面に配置された関係とされている。
【００９０】
「窒化物系半導体発光素子の製造方法」
本実施形態の上下電極構造の窒化物系半導体発光素子３の製造方法では、第１の実施形態と同様の材質の基板２１及び積層半導体２０を使用し、該積層半導体２０表面に上述のオーミックコンタクト層３５及び反射層３６を積層することができる。また、正極３７を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で反射層３６表面に形成するとともに、基板３１上に負極３８を形成することができる。
【００９１】
また、積層半導体３０の側面を傾斜面として形成する方法についても、第１の実施形態と同様の方法で行なうことができ、その詳細な説明を省略する。
【００９２】
本実施形態の上下電極構造の半導体発光素子３によれば、第１及び第２の実施形態の半導体発光素子と同様に、積層半導体３０の側面に安定した形状の傾斜面が形成された構成であり、半導体発光素子の光取り出し効率が向上するとともに、生産性が向上する。
従って、発光特性に優れた上下電極構造の窒化物系半導体発光素子が安価に得られる。
【００９３】
［窒化物系半導体発光素子を用いたランプ］
本発明の半導体発光素子は、当業者周知の方法を用いてなんら制限無くＬＥＤランプとして構成することができる。
図７は、本発明のランプの一例を模式的に示した断面図であり、このランプ４は、図２に示す本発明のフェイスアップタイプの半導体発光素子２が砲弾型に実装されたものである。図７において、符号４１、４２はフレームを示し、符号４３、４４はワイヤー、符号４５はモールドを示している。
【００９４】
図７に示すランプ４は、図２に示す本発明の半導体発光素子２を用いて、従来公知の方法により製造することができる。具体的には、例えば、２本のフレームの内の一方（図７ではフレーム４２）に半導体発光素子２を銀ペーストなどの導電性接着材で接着し、半導体発光素子２の負極（図２に示す符号２７参照）を、金等の材質からなるワイヤー４３でフレーム４１に接合し、半導体発光素子２の正極（図２に示す符号２６参照）をワイヤー４４でフレーム４２に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド４５で半導体発光素子２の周辺をモールドすることにより、図７に示すような砲弾型のランプを作成することができる。
【００９５】
なお、本発明のランプは上記の構成には限定されず、例えば、本発明の半導体発光素子と蛍光体を有するカバーとを組み合わせることにより、白色のランプを構成することもできる。
また、本発明のランプは、上述のフェイスアップタイプの半導体発光素子に限らず、図１に示す半導体発光素子１のようなフリップチップタイプのものや、図６に示すような上下電極構造のもの等、各種用いることができる。
また、本発明のランプは、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
【実施例】
【００９６】
次に、本発明の窒化物系半導体発光素子を、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００９７】
［実施例１］
「半導体発光素子の作製」
図１に示すような、サファイア単結晶からなる基板１１上に、ＡｌＮからなる図示略のバッファ層を介して、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体層を積層した。この窒化ガリウム系化合物半導体層は、厚さ４μｍのアンドープＧａＮからなる下地層（図示せず）、厚さ２μｍのＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層及び厚さ０．０２μｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層がこの順序で積層されたｎ型半導体層１２、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１３、及び、厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層と厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎコンタクト層がこの順序で積層されたｐ型半導体層１４からなり、各層をこの順で積層して形成した。
この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３であり、ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０１７ｃｍ−３であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３であり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０１９ｃｍ−３であった。
また、ＧａＮ系化合物からなる半導体層の積層（図１の符号１２、１３、１４を参照）は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
【００９８】
そして、上述のようにして基板１１上に半導体層（図３（ａ）の半導体層１０Ａ参照）を積層した試料のビッカース硬度を測定した。測定装置として、ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製：Ｎａｎｏ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ  Ｔｅｓｔｅｒを用いた。ＧａＮ系化合物からなる積層半導体１０は、ビッカース硬度（Ｈｖ）１８５０、ヤング率：２８０ＧＰａであった。また、サファイアからなる基板１１は、ビッカース硬度（Ｈｖ）２５３０、ヤング率：４１７ＧＰａであった。
この測定結果により、基板１１が、半導体層よりも高いビッカース強度を有していることが確認できた。
【００９９】
次に、公知のフォトリソグラフィーを用いて、負極１８を形成する部分を、ｎ型半導体層１２が露出するまで、ドライエッチング法により除去した。
【０１００】
次に、基板１１上に積層された半導体層をブラスト加工し、以下のような工程により、側面に傾斜面が形成された積層半導体１０を形成した（図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。
（１）レジストフィルム５１（東京応化製：ＢＦ４５Ｚ）を半導体層１０Ａ表面に密着させた。
（２）レジストフィルム５１を、露光機を用いて所定のパターンに露光することにより、３５０μｍ角の格子状パターンとし、幅５０μｍでレジストフィルムを除去した。
（３）炭酸ナトリウム水溶液を用いて現像した。
（４）ブラスト装置により、平均粒径２０μｍのホワイトアランダム（図３のブラスト粒子５０：ビッカース硬度（Ｈｖ）２０００）を用いてブラスト加工を行った。
（５）超音波洗浄にてレジストフィルム５１及びブラスト粒子５０の残渣を除去した。
【０１０１】
次に、ｐ型半導体層１４上に、オーミックコンタクト層１５としてＰｔを１．５ｎｍ、反射層１６としてＡｇを２０ｎｍ、この順でスパッタ法により成膜した。
次に、反射層１６上に、Ｐｔからなる第１の層（膜厚＝４０ｎｍ）、及びＡｕからなる第２の層（膜厚＝１００ｎｍ）を、この順でスパッタ法によって成膜することにより、正極１７を形成した。
次に、真空蒸着法により、ｎ型半導体層１２上にＣｒからなる第１の層（層厚＝４０ｎｍ）、Ｔｉからなる第２の層（層厚＝１００ｎｍ）、及びＡｕからなる第３の層（層厚＝４００ｎｍ）を、この順で積層することにより、負極１８を形成した。
次いで、素子をダイシングによって分割し、図１に示すような、３５０μｍ角の、フリップチップタイプのＧａＮ系半導体発光素子とした。
【０１０２】
「素子特性評価」
上述のようにして得られた半導体発光素子を、ＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流を２０ｍＡとした際の発光出力（Ｐｏ）及び駆動電圧（Ｖｆ）を測定した。
実施例１の半導体発光素子は、発光出力（Ｐｏ）＝１７ｍＷ、駆動電圧（Ｖｆ）＝３．３Ｖであった。
【０１０３】
［比較例１］
半導体層の加工にブラスト法を用いず、公知のフォトリソグラフィー法で加工した点以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系半導体発光素子を作製し、実施例１と同様に評価した。
【０１０４】
得られたＧａＮ系半導体発光素子について、ＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流２０ｍＡとした際の発光出力（Ｐｏ）及び駆動電圧（Ｖｆ）を測定した。
比較例１の半導体発光素子は、発光出力（Ｐｏ）＝１３ｍＷ、駆動電圧（Ｖｆ）＝３．３Ｖであった。
【０１０５】
［実施例２］
「半導体発光素子の作製」
図２に示すような、サファイア単結晶からなる基板２１上に、ＡｌＮからなる図示略のバッファ層を介して、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体層を積層した。この窒化ガリウム系化合物半導体層は、厚さ４μｍのアンドープＧａＮからなる下地層（図示せず）、厚さ２μｍのＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層及び厚さ０．０２μｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層がこの順序で積層されたｎ型半導体層２２、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層２３、及び、厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層と厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎコンタクト層がこの順序で積層されたｐ型半導体層２４からなり、各層をこの順で積層して形成した。
この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３であり、ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０１７ｃｍ−３であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３であり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０１９ｃｍ−３であった。
また、ＧａＮ系化合物からなる半導体層の積層（図２の符号２２、２３、２４を参照）は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
【０１０６】
次に、公知のフォトリソグラフィーを用いて、負極２７を形成する部分を、ｎ型半導体層２２が露出するまで、ドライエッチング法により除去した。
【０１０７】
次に、基板２１上に積層された半導体層をブラスト加工し、以下のような工程により、側面に傾斜面が形成された積層半導体２０を形成した（図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。
（１）レジストフィルム５１（東京応化製：ＢＦ４５Ｚ）を半導体層２０Ａ表面に密着させた。
（２）レジストフィルム５１を、露光機を用いて所定のパターンに露光することにより、３５０μｍ角の格子状パターンとし、幅５０μｍでレジストフィルム５１を除去した。
（３）炭酸ナトリウム水溶液を用いて現像した。
（４）ブラスト装置により、平均粒径２０μｍのホワイトアランダム（ブラスト粒子５０：ビッカース硬度（Ｈｖ）２０００）を用いてブラスト加工を行った。
（５）超音波洗浄にてレジストフィルム５１及びブラスト粒子５０の残渣を除去した。
【０１０８】
次に、ｐ型半導体層２４上に、透光性正極２５として、ＩＴＯ（ＳｎＯ２：１０ｗｔ％）を厚さ４００ｎｍでスパッタ法により成膜した。
次に、真空蒸着法により、ｐ型半導体層２４上に、Ｃｒからなる第１の層（層厚＝４０ｎｍ）、Ｔｉからなる第２の層（層厚＝１００ｎｍ）、Ａｕからなる第３の層（層厚＝４００ｎｍ）を、この順で積層し、正極２６を形成した。
次に、真空蒸着法により、ｎ型半導体層２２上にＣｒからなる第１の層（層厚＝４０ｎｍ）、Ｔｉからなる第２の層（層厚＝１００ｎｍ）、及びＡｕからなる第３の層（層厚＝４００ｎｍ）を、この順で積層することにより、負極２７を形成した。
次いで、素子をダイシングによって分割し、図２に示すような３５０μｍ角の、フェイスアップタイプのＧａＮ系半導体発光素子とした。
【０１０９】
「素子特性評価」
上述のようにして得られた実施例２のフェイスアップタイプの半導体発光素子を、ＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流を２０ｍＡとした際の発光出力（Ｐｏ）及び駆動電圧（Ｖｆ）を測定した。
実施例２の半導体発光素子は、発光出力（Ｐｏ）＝１６ｍＷ、駆動電圧（Ｖｆ）＝３．３Ｖであった。
【０１１０】
［比較例２］
半導体層の加工にブラスト法を用いず、公知のフォトリソグラフィー法で加工した点以外は、実施例２と同様にしてＧａＮ系半導体発光素子を作製し、実施例２と同様に評価した。
【０１１１】
得られたＧａＮ系半導体発光素子について、ＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流２０ｍＡとした際の発光出力（Ｐｏ）及び駆動電圧（Ｖｆ）を測定した。
比較例２の半導体発光素子は、発光出力（Ｐｏ）＝１２ｍＷ、駆動電圧（Ｖｆ）＝３．３Ｖであった。
【０１１２】
以上の結果、ブラスト加工により、側面が安定した形状の傾斜面として形成された積層半導体を有する本発明の半導体発光素子が、高い光取り出し効率を有し、発光特性に優れているとともに、高い生産性を有していることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明に係る窒化物系半導体発光素子の一例を模式的に説明する図であり、フリップチップタイプの半導体発光素子を示す、（ａ）平面図、（ｂ）Ｉｂ−Ｉｂ断面図、（ｃ）Ｉｃ−Ｉｃ断面図である。
【図２】本発明に係る窒化物系半導体発光素子の他例を模式的に説明する図であり、フェイスアップタイプの半導体発光素子を示す、（ａ）平面図、（ｂ）ＩＩｂ−ＩＩｂ断面図、（ｃ）ＩＩｃ−ＩＩｃ断面図である。
【図３】本発明に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法の一例を模式的に説明する図であり、（ａ）レジストフィルム貼り付け状態、（ｂ）レジストフィルムパターニング状態、（ｃ）ブラスト粒子によるブラスト加工、の各工程を示す部分断面図である。平面図、（ｂ）ＩＩｂ−ＩＩｂ断面図、（ｃ）ＩＩｃ−ＩＩｃ断面図である。
【図４】従来の窒化物系半導体発光素子の製造方法を模式的に説明する図であり、ブラスト粒子によるブラスト加工の処理状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明に係る窒化物系半導体発光素子の製造方法の一例を説明する図であり、ブラスト加工によって半導体層に傾斜面を形成した際の断面図である。
【図６】本発明に係る窒化物系半導体発光素子の他例を模式的に説明する断面図である。
【図７】本発明に係る窒化物系半導体発光素子が用いられたランプを模式的に説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１、２、３…窒化物系半導体発光素子（半導体発光素子）、１１、２１、３１…基板、１２、２２、３２…ｎ型半導体層、１３、２３、３３…発光層、１４、２４、３４…ｐ型半導体層、１７、２６、３７…正極、１８、２７、３８…負極、２５…透光性正極、３…ランプ、５０…ブラスト粒子、５１…レジストフィルム
【図１】
2007299934.tif 000003
【図２】
2007299934.tif 000004
【図３】
2007299934.tif 000005
【図４】
2007299934.tif 000006
【図５】
2007299934.tif 000007
【図６】
2007299934.tif 000008
【図７】
2007299934.tif 000009